تطوير برنامج إعادة تأهيل جديد موجه نحو المهام باستخدام اليد الروبوتية الهيكل الخارجي بثنائية
Summary
هذه الدراسة تقارير عن تطوير برنامج جديد بمساعدة الروبوت مهمة المنحى لإعادة تأهيل اليد. تتكون عملية النمو من تجارب باستخدام كل من الموضوعات الصحية والموضوعات الذين لديهم سكتة دماغية ويعانون من خلل التحكم الحركي اللاحق.
Abstract
وتستخدم يد بمساعدة الروبوت لإعادة تأهيل المرضى الذين يعانون من ضعف وظيفة الطرف العلوي، وخاصة بالنسبة لمرضى السكتة الدماغية مع فقدان السيطرة الحركية. ومع ذلك، من غير الواضح كيف يمكن تطبيق استراتيجيات التدريب المهني التقليدية على استخدام الروبوتات التأهيلية. وتستخدم التكنولوجيات الروبوتية الجديدة ومفاهيم العلاج المهني لتطوير بروتوكول يسمح للمرضى الذين يعانون من ضعف وظيفة الطرف العلوي لفهم الكائنات باستخدام أيديهم المتضررة من خلال مجموعة متنوعة من وظائف معسر واستيعاب. لإجراء ذلك بشكل مناسب، استخدمنا خمسة أنواع من الأشياء: ربط، مكعب مستطيل، مكعب، كرة، وشريط أسطواني. نحن أيضا مجهزة المرضى مع اليد الروبوتية، اليد مرآة،يد الهيكل الخارجي التي يتم تركيبها على اليد المتضررة من هذا الموضوع، ويتبع حركة قفاز استشعار تركيبها على أيديهم غير متأثر (التدريب حركة ثنائية (BMT)). هذه الدراسة كان لها مرحلتان. تم توظيف ثلاثة مواضيع صحية لأول مرة لاختبار جدوى ومقبولية البرنامج التدريبي. ثم تم توظيف ثلاثة مرضى يعانون من خلل في اليد بسبب السكتة الدماغية للتأكد من جدوى ومقبولية البرنامج التدريبي الذي تم إجراؤه في 3 أيام متتالية. في كل يوم ، تم رصد المريض خلال 5 دقائق من الحركة في نطاق سلبي من الحركة ، 5 دقائق من حركة ثنائية ثنائية بمساعدة الروبوت ، والتدريب الموجهة نحو المهام باستخدام الكائنات الخمسة. وأظهرت النتائج أن كل من المواضيع الصحية والموضوعات الذين عانوا من السكتة الدماغية بالتزامن مع اليد الروبوتية يمكن أن تستوعب بنجاح الكائنات. كل من المواضيع الصحية وأولئك الذين عانوا من السكتة الدماغية أداء جيدا مع الروبوت بمساعدة برنامج التدريب الموجهة نحو المهمة من حيث الجدوى والمقبولة.
Introduction
معظم (80%) المرضى السكتة الدماغية تواجه عجزا في اليد وصعوبة في أداء المهام اليدوية بشكل مستقل التي هي ذات الصلة إلى الحياة اليومية1. ومع ذلك ، فإن الطبيعة المعقدة للمهام اليدوية تعني أنه من التحديات الكبيرة تصميم برنامج تدريب موجه نحو المهام لإعادة تأهيلاليدين 2. في السنوات الأخيرة، تم تطوير العديد من الأجهزة الروبوتية لإعادة تأهيل اليد3،4، ولكن عدد قليل من بروتوكولات التدريب بمساعدة الأجهزة الروبوتية تسمح للمريض بالتفاعل مع الأشياء الحقيقية. ومن غير الواضح بالضبط كيف يمكن تطبيق برنامج تدريب موجه نحو المهمة لإعادة تأهيل وظيفة اليد باستخدام الأجهزة الروبوتية للمرضى الذين يعانون من خلل اليد بسبب السكتة الدماغية.
يتم استخدام التدريب الموجه نحو المهمة لتحسين وظيفة اليد5،6 ويتم تطبيقه عادة في إعادة التأهيل لخلل في الأطراف العلوية بسبب السكتة الدماغية. يتم استخدامه لزيادة المرونة العصبية ويعتمد بشكل كبير على العجز العصبي الفردية والمطالب الوظيفية7. ومع ذلك، أثناء التدريب الموجه نحو المهمة، والمرضى تجربة صعبة في التلاعب الكائنات إذا كان ضعف وظيفة اليد. ومن الأمثلة على ذلك ضعف الفهم أو وظائف قرصة محدودة. المعالجين أيضا تظهر صعوبة في توجيه حركات أصابع المرضى بشكل فردي، مما يحد بالتالي من الاختلاف من استيعاب المهام. وبالتالي فإن الأجهزة الروبوتية ضرورية لزيادة فعالية التدريب الموجه نحو المهمة من خلال توجيه حركة اليد بشكل صريح أثناء التدريب المتكرر2،8.
الدراسات السابقة تستخدم فقط الروبوتات إعادة التأهيل للتدريب على المهام الموجهة إلى الأطراف العليا الوصول إلى المهام3. ومن غير الواضح كيف يمكن استخدام إعادة التأهيل بمساعدة الروبوت للتدريب الموجه نحو المهام في وظيفة اليد. وقد استخدمت اليد الهيكل الخارجي، HWARD، لتوجيه الأصابع لفهم وإطلاق الكائنات8. ومع ذلك، هذا الجهاز لا يسمح أنماط استيعاب متنوعة لأنه يفتقر إلى درجات الحرية اللازمة. في الآونة الأخيرة، وقد وضعت الأجهزة الأخرى التي تستهدف تحريك أصابع المريض بشكل فردي9. ومع ذلك، لم يتم استخدام هذه الأجهزة من قبل لالخَلَم العصبي. الأجهزة الروبوتية المذكورة أعلاه كلها الروبوتات أحادية الجانب. في المقابل، يحتاج نظام اليد الروبوتية المعروضة هنا إلى تعاون الأيدي غير المتأثرة والمتأثرة. تم تصميم نظام اليد الروبوتية خصيصا لأغراض إعادة التأهيل باستخدام آلية سيد الرقيق لتحقيق حركات اليد الثنائية التناظرية. يتكون النظام من يد الهيكل الخارجي (ترتديه على اليد المصابة) ، وصندوق تحكم ، وقفاز حسي (يرتديها على اليد غير المتأثرة). كل وحدة الإصبع من ناحية الهيكل الخارجي هو محرك مع درجة واحدة من الحرية وترتبط مفاصلها باستخدام نظام الربط الميكانيكية. تم تصميم حجمين، S و M، لتناسب مواضيع مختلفة. يوفر صندوق التحكم وضعين علاجيتين، وهما النطاق السلبي للحركة (PROM) ووضعات الحركة الموجهة بالمرآة، والتي يمكن من خلالها التلاعب بيد المريض المصابة من قبل اليد الخارجي. في وضع PROM، يرسل مربع التحكم أوامر الإدخال إلى الهيكل الخارجي أثناء تحريك يد الشخص لتنفيذ ثني/تمديد كامل للإصبع. أنه يحتوي على وضعين: وضع الإصبع الواحد (يعمل في تسلسل من الإبهام إلى الاصبع الصغير) ووضع الأصابع الخمسة (خمسة أصابع تتحرك معا). في وضع الحركة الموجهة المرآة، يتم تنفيذ آلية سيد (القفازات الاستشعار) – الرقيق (اليد الخارجي) ، والتي يتم الكشف عن حركة كل إصبع بواسطة قفاز استشعار وإشارات من زوايا مشتركة إلى مربع التحكم للتلاعب في اليد الهيكل الخارجي.
عندما تم تجهيز نظام اليد الروبوتية، وصدرت تعليمات إلى الأشخاص لتحريك أيديهم المتضررة تحت إشراف اليد الخارجي يسيطر عليها أيدي غير متأثرة التي هي حركة ثنائية التدريب (BMT)10. وفقا لبحث سابق, BMT قادرة على تنشيط مسارات عصبية مماثلة في كلا نصفي الدماغ ومنع تثبيط عبر نصف الكرة الأرضية الذي يعوق انتعاش وظيفة الخلايا العصبية في الآفة10. Brunnerوآخرون.11 مقارنة BMT إلى العلاج بالحركة الناجمة عن القيود (CIMT) في مرضى السكتة الدماغية دون الحادة. واقترحوا أن BMT يميل إلى تنشيط المزيد من الشبكات العصبية في كلا نصفي الكرة الأرضية من CIMT، ولم يكن هناك فرق كبير في تحسين وظيفة اليد بين نهج BMT وCIMT. كما اقترح Sleimen-Malkoun وآخرون12 أنه من خلال BMT، يمكن لمرضى السكتة الدماغية إعادة تأسيس كل من التحكم في الأطراف الموضعية والتحكم ثنائي الطمث. أي أن التدريب ينبغي أن يشمل مهاماً ثنائية الدواب التي تركز على استخدام الذراع المتأثرة. وعلاوة على ذلك ، فإن التنسيق بين كلتا اليدين ضروري لأنشطة الحياة اليومية (ADL)11،12. لذلك ، من الأهمية بمكان تطوير برنامج تدريب ثنائي الدواوين بمساعدة الروبوت موجه نحو المهام لمرضى ما بعد السكتة الدماغية والأشياء التي يمكن استيعابها أو قرصها من قبل المرضى الذين يرتدون نظام اليد الروبوتية.
في هذه الدراسة، تم تصميم مجموعة متنوعة من الأشياء استيعاب على أساس احتياجات العلاج المهني والخواص الميكانيكية للروبوتات إعادة التأهيل. تم تطوير بروتوكول تدريب موجه نحو المهمة باستخدام أجهزة إعادة التأهيل الروبوتية للمرضى الذين يعانون من خلل في الأطراف العليا بسبب السكتة الدماغية. وكان الغرض من هذه الدراسة للتحقيق في جدوى ومقبولية برنامج التدريب الموجهة نحو المهمة باستخدام الروبوت الهيكل الخارجي والكائنات المصممة حديثا استيعاب.
Protocol
Representative Results
Discussion
وأظهرت نتائج هذه الدراسة ما يلي: (1) يمكن لكلا المجموعتين فهم بنجاح الكائنات المقدمة مع نظام اليد الروبوتية. وتمكنوا من إتمام هذه المهمة بنسبة نجاح تبلغ 100% تقريباً، وهو ما يتحقق من جدوى برنامج التدريب المقترح الذي يساعده الروبوت على أداء المهام. (2) لم ترد تقارير عن وقوع إصابات أو أحداث سلبية…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا المشروع مؤسسة تشانغ جونغ الطبية بمنحة BMRP390021 ووزارة العلوم والتكنولوجيا بمنح MOST 107-2218-E-182A-001 و108-2218-E-182A-001.
Materials
| Control Box | Rehabotics Medical Technology Corporation | HB01 | The control box includes a power supply, sensor glove signal receiver, motor signal transmitter, and exoskeletal hand motion mode selection unit. |
| Exoskeletal Hand | Rehabotics Medical Technology Corporation | HS01 | It is a wearable device causing the patient's fingers to move and is driven by an external motor and mechanical assembly. |
| Sensor Glove | Rehabotics Medical Technology Corporation | HM01 | Worn on the patient's unaffected side hand. The sensors in the sensor glove will detect flexing and extension of the hand, and this data will be used to control the exoskeletal hand when in bimanual mode. |
References
- Hung, C. S., et al. The effects of combination of robot-assisted therapy with task-specific or impairment-oriented training on motor function and quality of life in chronic stroke. PM & R: The Journal of Injury, Function, and Rehabilitation. 8 (8), 721-729 (2016).
- SangWook, L., Landers, K. A., Hyung-Soon, P. Development of a biomimetic hand exotendon device (BiomHED) for restoration of functional hand movement post-stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 886-898 (2014).
- Johnson, M. J., Wisneski, K. J., Anderson, J., Nathan, D., Smith, R. O. Development of ADLER: The Activities of Daily Living Exercise Robot. Proceedings of IEEE/RAS-EMBS International Conference. , (2006).
- Pignolo, L. Robotics in neuro-rehabilitation. Journal of Rehabilitation Medicine. 41 (12), 955-960 (2009).
- Timmermans, A. A., Spooren, A. I., Kingma, H., Seelen, H. A. Influence of task-oriented training content on skilled arm-hand performance in stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 24 (9), 858-870 (2010).
- Schweighofer, N., Choi, Y., Winstein, C., Gordon, J. Task-oriented rehabilitation robotics. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 91, 270-279 (2012).
- Almhdawi, K. A., Mathiowetz, V. G., White, M., delMas, R. C. Efficacy of occupational therapy task-oriented approach in upper extremity post-stroke rehabilitation. Occupational Therapy International. 23 (4), 444-456 (2016).
- Takahashi, C. D., Der-Yeghiaian, L., Le, V. H., Cramer, S. C. A robotic device for hand motor therapy after stroke. Proceedings of 9th International Conference on Rehabilitation Robotics. , (2005).
- Villafañe, J. H., et al. Efficacy of short-term robot-assisted rehabilitation in patients with hand paralysis after stroke: a randomized clinical trial. Hand (NY). 13 (1), 95-102 (2018).
- Cauraugh, J. H., Lodha, N., Naik, S. K., Summers, J. J. Bilateral movement training and stroke motor recovery progress: a structured review and meta-analysis. Human Movement Science. 29 (5), 853-870 (2010).
- Brunner, I. C., Skouen, J. S., Strand, L. I. Is modified constraint-induced movement therapy more effective than bimanual training in improving arm motor function in the subacute phase post stroke? A randomized controlled trial. Clinical Rehabilitation. 26 (12), 1078-1086 (2012).
- Sleimen-Malkoun, R., Temprado, J. J., Thefenne, L., Berton, E. Bimanual training in stroke: how do coupling and symmetry-breaking matter. BMC Neurology. 11, 11 (2011).
- Yue, Z., Zhang, X., Wang, J. Hand rehabilitation robotics on poststroke motor recovery. Behavioural Neurology. 2017, 1-20 (2017).
- Dovat, L., et al. HandCARE: a cable-actuated rehabilitation system to train hand function after stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (6), 582-591 (2008).
- Yoo, C., Park, J. Impact of task-oriented training on hand function and activities of daily living after stroke. Journal of Physical Therapy Science. 27 (8), 2529-2531 (2015).
